Vật liệu mới có thể chế tạo như nhựa, nhưng lại có tính dẫn điện như kim loại

Các nhà khoa học của Đại học Chicago Mỹ phát minh ra phương pháp tạo ra một loại vật liệu có thể được chế tạo như nhựa, nhưng dẫn điện tương tự như kim loại.

 Mô phỏng mạng tinh thể. Ảnh minh họa bởi Frank Wegloski/ ScieTech Daily.

Mô phỏng mạng tinh thể. Ảnh minh họa bởi Frank Wegloski/ ScieTech Daily.

Công trình nghiên cứu của nhóm nhà khoa học đã tìm ra phương pháp tạo ra một loại vật liệu mà cấu trúc là các mảnh phân tử lộn xộn và rối loạn, nhưng vẫn có thể dẫn điện rất tốt. Kết quả nghiên cứu được đăng trong một báo cáo khoa học, xuất bản ngày 26/10 trên tạp chí Nature.

Phát hiện này đi ngược lại tất cả các quy tắc về độ dẫn điện, đối với một nhà khoa học, điều này tương tự như việc một chiếc ô tô đang lái trên mặt nước mà vẫn đi được 70 dặm/giờ. Nhưng phát hiện cũng có thể chứng minh là cực kỳ hữu ích. Thông thường, trên hành trình phát minh một vấn đề mang tính cách mạng, quá trình đầu tiên bắt đầu bằng việc khám phá ra một vật liệu hoàn toàn mới.

John Anderson, PGS hóa học tại Đại học Chicago, tác giả cao cấp của công trình nghiên cứu nói: “Về nguyên tắc, phát hiện này mở ra khả năng thiết kế một loại vật liệu hoàn toàn mới dẫn điện, dễ tạo hình và rất bền trong các điều kiện hoạt động hàng ngày.”

“Kết quả của công trình nghiên cứu gợi ý những khả năng mới cho một nhóm vật liệu công nghệ cực kỳ quan trọng,” TS Jiaze Xie tại Princeton, tác giả chính của báo cáo khoa học cho biết.

Không có một lý thuyết vững chắc nào giải thích kết quả này

Trong quá trình sản xuất bất kỳ loại thiết bị điện tử nào, dù đó là iPhone, bảng điều khiển năng lượng mặt trời hay tivi, vấn đề đặt ra đầu tiên là vật liệu dẫn điện. Kim loại như đồng, vàng, nhôm cho đến nay là nhóm chất dẫn điện lâu đời nhất và có nhiều nhất. Khoảng 50 năm trước, các nhà khoa học chế tạo những chất dẫn điện làm từ vật liệu hữu cơ, sử dụng phương pháp xử lý hóa học được gọi là “pha tạp”, rắc các nguyên tử hoặc “tạp chất” khác nhau lên khắp vật liệu. Những vật liệu này linh hoạt hơn và dễ gia công hơn các kim loại thông thường, ưu thế này khiến vật liệu tổng hợp rất hấp dẫn, nhưng có nhược điểm là không ổn định, có thể mất tính dẫn điện nếu tiếp xúc với độ ẩm hoặc nếu nhiệt độ tăng quá cao.

Về nguyên tắc, cả dây dẫn điện kim loại truyền thống và hữu cơ đều có chung một đặc điểm. Cấu trúc vật liệu được tạo thành từ các lớp nguyên tử hoặc phân tử thẳng hàng, xếp khít nhau. Cấu trúc này cho phép các electron dễ dàng di chuyển qua vật liệu tương tự như những chiếc ô tô trên đường cao tốc. Các nhà khoa học cho rằng, vật liệu phải có những hàng thẳng hàng, chỉ có trật tự này mới khiến vật liệu dẫn điện hiệu quả.

Cấu trúc của vật liệu mới. Nguyên tử niken có màu xanh lục, nguyên tử cacbon có màu xám và nguyên tử lưu huỳnh có màu vàng. Ảnh minh họa Xie et al

Cấu trúc của vật liệu mới. Nguyên tử niken có màu xanh lục, nguyên tử cacbon có màu xám và nguyên tử lưu huỳnh có màu vàng. Ảnh minh họa Xie et al

Trong nghiên cứu, TS Xie bắt đầu thử nghiệm với một số vật liệu được phát hiện từ nhiều năm trước, nhưng phần lớn bị bỏ qua. Ông xâu chuỗi các nguyên tử niken giống như ngọc trai thành một sợi dây xuyên qua các hạt phân tử làm từ cacbon và lưu huỳnh và bắt đầu thử nghiệm.

Trước sự ngạc nhiên của các nhà khoa học, vật liệu này dẫn điện dễ dàng và mạnh mẽ. Đồng thời vật liệu rất ổn định. “Chúng tôi đã đốt nóng, làm lạnh, cho tiếp xúc với không khí và độ ẩm, thậm chí nhỏ axit và bazơ vào nhưng không có gì xảy ra,” Xie nói. Điều đó vô cùng quan trọng đối với một thiết bị, hoạt động trong môi trường thực tế.

Nhưng điều đáng chú ý nhất đối với các nhà khoa học là cấu trúc phân tử của vật liệu này bị rối loạn. PGS Anderson nói: “Từ một bức tranh cơ bản, vật liệu này không thể là kim loại. Không có một lý thuyết vững chắc nào để giải thích điều này."

Xie, Anderson cùng các nhà nghiên cứu phòng thí nghiệm làm việc với các nhà khoa học khác xung quanh trường đại học để cố gắng tìm hiểu, cách vật liệu có thể dẫn điện. Sau nhiều thử nghiệm, mô phỏng và nghiên cứu lý thuyết, nhóm nghiên cứu cho rằng, vật liệu mới tạo thành các lớp liên tiếp, giống như các tấm trong món lasagna (mỳ nướng kiểu Ý). Ngay cả khi các lớp quay sang các bên khác nhau, không còn tạo thành một chồng lasagna gọn gàng, những electron vẫn có thể di chuyển theo chiều ngang hoặc chiều dọc, miễn là các lớp chạm vào nhau.

Kết quả cuối cùng là cấu trúc chưa từng có đối với một vật liệu dẫn điện. PGS Anderson nói: “Nó gần giống như Play-Doh (bộ ghép hình) dẫn điện, xếp đặt vào vị trí và vật liệu mới dẫn điện.”

Các nhà khoa học rất hào hứng với kết quả này vì khám phá này cho thấy một nguyên tắc thiết kế mới về cơ bản cho công nghệ điện tử với các lớp vật liệu xếp chồng lên nhau và phát hiện mới này sẽ mở ra những công nghệ mới.

Một trong những đặc điểm hấp dẫn của vật liệu là các lựa chọn mới để chế tạo. Ví dụ như kim loại thường phải được nấu chảy để chế tạo thành hình dạng phù hợp cho một con chip hoặc thiết bị. Yêu cầu này hạn chế những gì có thể tạo ra với chúng, vì những thành phần khác của thiết bị phải có khả năng chịu nhiệt cần thiết để xử lý những vật liệu này trong quá trình chế tạo.

Phòng thí nghiệm Anderson tại Đại học Chicago. Nguồn: Ảnh của John Zich / Đại học Chicago

Phòng thí nghiệm Anderson tại Đại học Chicago. Nguồn: Ảnh của John Zich / Đại học Chicago

Vật liệu mới không có hạn chế như vậy do có thể được chế tạo ở nhiệt độ phòng. Vật liệu mới có thể được sử dụng khi nhu cầu về một thiết bị hoặc các phần của thiết bị có thể chịu nhiệt, axit hoặc kiềm, hoặc độ ẩm, điều đã hạn chế những lựa chọn phát triển công nghệ mới của các kỹ sư. Với phương pháp này, có thể chế tạo ra các vật liệu dẫn điện bằng phương pháp in 3D, cho phép tạo đường điện trên bề mặt bất cứ vật liệu nào, không cần thiết phải có các bảng mạch vững chắc gây ô nhiễm môi trường.

Nhóm nghiên cứu hiện đang khám phá các dạng và chức năng khác nhau của vật liệu này. TS Xie nói: “Chúng tôi có thể làm cho vật liệu thành 2D hoặc 3D, xốp hoặc thậm chí đưa vào các chức năng khác mà không ảnh hưởng đến độ dẫn điện, sử dụng phương pháp thêm vào các trình liên kết hoặc nút khác nhau.”

KHĐS

Có thể bạn quan tâm

Tin cùng chuyên mục

Đoàn giám sát Ủy ban Kiểm tra Trung ương làm việc với Sở Khoa học và Công nghệ, Sở Tài chính về thực hiện Nghị quyết 57

Đoàn giám sát Ủy ban Kiểm tra Trung ương làm việc với Sở Khoa học và Công nghệ, Sở Tài chính về thực hiện Nghị quyết 57

Chiều 2/11, tiếp tục chương trình làm việc, Đoàn giám sát số 140 của Ủy ban Kiểm tra Trung ương có buổi làm việc với Sở Khoa học và Công nghệ, Sở Tài chính về công tác lãnh đạo, chỉ đạo và tổ chức thực hiện Nghị quyết 57-NQ/TW ngày 22/12/2024 của Bộ Chính trị.

Đoàn giám sát Ủy ban Kiểm tra Trung ương làm việc với Ban Thường vụ Tỉnh ủy Lào Cai về thực hiện Nghị quyết 57

Đoàn giám sát Ủy ban Kiểm tra Trung ương làm việc với Ban Thường vụ Tỉnh ủy Lào Cai về thực hiện Nghị quyết 57

Sáng 2/11, Đoàn giám sát số 140 của Ủy ban Kiểm tra Trung ương do đồng chí Phạm Thái Hà - Ủy viên Ủy ban Kiểm tra Trung ương làm Trưởng đoàn đã có buổi làm việc với Ban Thường vụ Tỉnh ủy Lào Cai về công tác lãnh đạo, chỉ đạo và tổ chức thực hiện Nghị quyết 57-NQ/TW ngày 22/12/2024 của Bộ Chính trị về đột phá phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số quốc gia.

Bí thư Đoàn xã tiên phong đưa chuyển đổi số đến với người dân

Bí thư Đoàn xã tiên phong đưa chuyển đổi số đến với người dân

Chị Bàn Thị Đào - Bí thư Đoàn Thanh niên xã Bảo Thắng đã phát huy tinh thần xung kích, sáng tạo của tuổi trẻ, có nhiều việc làm thiết thực góp phần từng bước giúp người dân làm chủ công nghệ, đưa chuyển đổi số vào đời sống. Chị cũng vừa vinh dự được Hội Liên hiệp Thanh niên Việt Nam trao tặng giải thưởng “Nguyễn Chí Thanh” năm 2026.

Bàn giải pháp phát triển kinh tế từ công nghệ số

Bàn giải pháp phát triển kinh tế từ công nghệ số

Chiều 30/10, Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Lào Cai phối hợp với Cục Công nghiệp, Công nghệ thông tin (Bộ Khoa học và Công nghệ), Hiệp hội Phần mềm và Dịch vụ công nghệ thông tin Việt Nam tổ chức Hội thảo “Công nghệ số thúc đẩy phát triển kinh tế Lào Cai”. Hội thảo có chủ đề: “Giải pháp số cho Du lịch thông minh, Kinh tế cửa khẩu và Logistics”.

Khi dữ liệu số trở thành tài nguyên

Khi dữ liệu số trở thành tài nguyên

Dữ liệu số đang từng bước phát huy giá trị trong quản lý, điều hành và giải quyết thủ tục hành chính tại Lào Cai. Việc số hóa, chuẩn hóa dữ liệu không chỉ nâng cao hiệu quả công việc mà còn tiết kiệm thời gian, tạo thuận lợi cho người dân, tổ chức.

Đưa kỹ năng số đến gần dân

Đưa kỹ năng số đến gần dân

Từ nhà văn hóa thôn đến từng hộ gia đình, những buổi hướng dẫn sử dụng dịch vụ công trực tuyến đang giúp người dân Lào Cai làm quen với các tiện ích số. Cùng với đầu tư hạ tầng, các địa phương chú trọng phổ cập kỹ năng theo cách dễ hiểu, dễ thực hành, nhất là ở vùng cao, vùng đồng bào dân tộc thiểu số.

Xóa “lõm” sóng, nối nhịp cuộc sống số

Xóa “lõm” sóng, nối nhịp cuộc sống số

Để khắc phục tình trạng “lõm” sóng, trắng sóng, nhất là tại những khu vực địa hình hiểm trở, dân cư phân tán, Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh đã phối hợp với các địa phương, doanh nghiệp viễn thông triển khai nhiều giải pháp thiết thực, phù hợp với tình hình thực tế. Qua đó, từng bước cải thiện khả năng tiếp cận Internet, phục vụ đời sống người dân, hoạt động giáo dục và công tác chỉ đạo, điều hành ở cơ sở.

Viettel Lào Cai lan tỏa nền tảng cuộc sống số Viettel Tammi tại phân hiệu Đại học Thái Nguyên tại Lào Cai

Viettel Lào Cai lan tỏa nền tảng cuộc sống số Viettel Tammi tại phân hiệu Đại học Thái Nguyên tại Lào Cai

Nhằm thúc đẩy chuyển đổi số ngành Giáo dục, Viettel phát triển nền tảng cuộc sống số hợp nhất Viettel Tammi, kết nối Nhà trường - Giáo viên - Học sinh/Sinh viên - Phụ huynh trên một nền tảng thống nhất, góp phần nâng cao hiệu quả quản lý, giảng dạy, học tập và tương tác trong môi trường số hiện đại, an toàn, hiệu quả.

Thêm “đôi mắt” giữ rừng Hoàng Liên

Thêm “đôi mắt” giữ rừng Hoàng Liên

Địa hình rộng, chia cắt, nhiều khu vực khó tiếp cận đặt ra không ít thách thức đối với công tác quản lý, bảo vệ rừng tại Vườn Quốc gia Hoàng Liên. Trước yêu cầu thực tiễn, lực lượng kiểm lâm đang từng bước ứng dụng thiết bị bay không người lái (flycam), góp phần đổi mới phương thức tuần tra, giám sát và nâng cao hiệu quả bảo vệ tài nguyên rừng.

Phát huy vai trò đảng viên trong thực hiện Nghị quyết 57

Phát huy vai trò đảng viên trong thực hiện Nghị quyết 57

Đi đầu trong thực hiện, hướng dẫn người dân sử dụng các nền tảng số thiết yếu, hỗ trợ bà con thực hiện thủ tục hành chính trực tuyến… đội ngũ đảng viên tại cơ sở đang phát huy vai trò tiên phong, gương mẫu trong thực hiện Nghị quyết số 57 của Bộ Chính trị về đột phá phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số quốc gia. Qua đó, đưa chuyển đổi số đến gần hơn với người dân, nâng cao hiệu quả phục vụ tại cơ sở.

145 triệu dữ liệu hộ tịch: Bước tiến trong xây dựng Chính phủ số

145 triệu dữ liệu hộ tịch: Bước tiến trong xây dựng Chính phủ số

Hơn 145 triệu dữ liệu hộ tịch điện tử đã được ghi nhận, trong đó 78,8 triệu dữ liệu được đối soát, đồng bộ thành công với Cơ sở dữ liệu quốc gia về dân cư. Kết quả này góp phần hình thành nền tảng dữ liệu thống nhất, từng bước đơn giản hóa thủ tục hành chính và nâng cao chất lượng phục vụ người dân.

Bảo vệ thành quả cách mạng trên không gian mạng

Bảo vệ thành quả cách mạng trên không gian mạng

Nghị quyết số 25-NQ/TW ngày 22/8/2026 của Bộ Chính trị về Chiến lược công tác tư tưởng trong bối cảnh mới tạo ra cơ sở lý luận và thực tiễn rất quan trọng để tiếp cận nhiệm vụ bảo vệ thành quả cách mạng trong môi trường số theo tư duy mới: Chuyển từ nặng về quản lý thông tin sang chủ động dẫn dắt nhận thức xã hội.

fb yt zl tw